Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung, bei dem die Ab- gasturbine zumindest bei einer positiven Laständerung der Brennkraftmaschine durch eine zusätzliche Kraftstoff- und/oder Luftzufuhr mit einem erhöhten Abgasmassenstrom und durch Umsetzen des Abgasmassenstromes in einem Katalysator mit einer zusätzlich erhöhten Abgasenergie beaufschlagt wird, so dass der Abgasturbolader beschleunigt auf einer höhere Turboladerdrehzahl und einen höheren Ladedruck hochgefahren wird sowie eine Vorrichtung für dieses Verfahren.

Aus der DE 41 39 291 Al ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader im Abgasstrang bekannt. Stromauf des Abgasturboladers ist ein Katalysator angeordnet, der auch als Oxidationskatalysator ausgebildet sein kein. Beim Kaltstart oder bei einer positiven Laständerung der Brennkraftmaschine wird durch eine zusätzliche Einspritzung von Kraftstoff in das Abgas der Abgasmassenstrom erhöht und durch die Nachverbrennung der unverbrannten Kraftstoffbe¬ standteile im Katalysator die Abgasenergie im Abgasmassen¬ strom insgesamt stark erhöht. Mit dieser erhöhten Abgasener¬ gie wird dann der Abgasturbolader beaufschlagt, wodurch ein schneller Hochlauf der Abgasturboladerdrehzahl auf eine höhe¬ re Drehzahl und damit auf einen höheren Ladedruck erreicht wird. Daraus resultiert ein schnelles Ansprechen der Brenn¬ kraftmaschine mit hohem Drehmomentaufbau bereits bei niedri¬ gen Drehzahlen. Von Nachteil ist, dass bei dem bekannten Verfahren ein Be¬ trieb der Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung zur verbes¬ serten Einstellung des Betriebsverhaltens der Brennkraftma¬ schine nicht möglich ist. Ferner ist es nachteilig, dass eine Verbesserung des Systemwirkungsgrades bei einer negativen Laständerung nicht vorgesehen ist. Weiterhin benötigt das System Sekundärluft um im unterstöchiometrischen Bereich (λ<l) funktionieren zu können. Zusätzlich ist die beschriebe¬ ne Anordnung auf eine innermotorische Kraftstoffdosierung be¬ schränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren derart weiterzubilden, dass ein Betrieb der Brenn¬ kraftmaschine mit einem verbesserten Systemwirkungsgrad und Dynamik bei verringerten Abgasschadstoffwerten erreicht wird.

Die verfahrensgemäße Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 enthaltenen Merk¬ male gelöst.

Dadurch, dass eine am Abgasturbolader anfallende überschüssi¬ ge Laderenergie an eine Starter-Generator-Einheit weiterge¬ leitet wird, kann die überschüssige Energie als elektrische Energie in einer Batterie gespeichert werden. Damit steht diese überschüssige Laderenergie dem System insgesamt als zu¬ sätzliche Energie zur Verfügung, wodurch letztendlich der Systemwirkungsgrad erhöht wird. Eine im Aufbau einfache Vorrichtung zur Durchführung des Ver¬ fahrens ist im Patentanspruch 3 angegeben. Schließlich ist auch noch vorteilhaft, dass mit Hilfe der se¬ kundären Kraftstoffeinspritzung sowie einer sekundären Luft- einblasung die Starter-Generator-Einheit über den gekoppelten Abgasturbolader ohne den Betrieb des Verbrennungsmotors zur Energieerzeugung betrieben werden kann.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer einzigen Zeichnung schematisch dargestellt.

Mit 1 ist eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, die als Diesel- oder Ottomotor ausgeführt sein kann. An die Auslassseite der Zylinder ist ein insgesamt mit 2 an¬ gegebener Abgasstrang angeschlossen. Dieser umfasst eine Ab- gasleitung 3 mit einem motornah eingebauten Katalysator 4 und einem stromab gelegenen Abgasturbolader 5, an dessen Abgas- turbine 6 die vom Ausgang des Katalysators 4 wegführende Ab- gasleitung 3 angeschlossen ist. Von der Abgasturbine 6 wird der Verdichter 7 zur Förderung von Verbrennungsluft angetrie¬ ben, an den eine Verbrennungsluftleitung 8 angeschlossen ist, die auf der Einlassseite der Zylinder endet. Ferner umfasst der Abgasstrang 2 eine Abgasrückführleitung 9, die von dem zwischen Katalysator 4 und Abgasturbolader 5 lie¬ genden Leitungsteil der Abgasleitung 3 abgezweigt ist, und die in den stromab des Verdichters 7 liegenden Teil der Verbrennungsluftleitung 8 einmündet. Optional kann dabei in der Abgasrückführleitung 9 ein Abgasrückführventil angeordnet werden. Die Anordnung der Abgasrückführleitung 9 stromab des Katalysators 4 hat den Vorteil, dass die Gefahr einer Versot- tung der Abgasrückführleitung 9 durch nicht umgesetzte Abgas¬ bestandteile, wie z.B. Kohlenwasserstoffe minimiert ist, da diese zuvor beim Passieren des Katalysators 4 umgesetzt wur¬ den. Die Brennkraftmaschine 1 ist sowohl für eine Betriebsweise mit einem unterstöchiometrischen Kraftstoff/Luft-Verhältnis (Fettgemisch) als auch einem überstöchiometrischen Kraft¬ stoff/Luft-Verhältnis (Magergemisch) geeignet. Demzufolge ist der Katalysator 4 als ein Oxidationskatalysator und/oder als ein NOx-Speicherkatalysator ausgebildet. Optional kann auch ein Katalysator eingesetzt werden, der im unterstöchio¬ metrischen Betrieb (λ<l) überschüssige Kohlenwasserstoffe ganz oder teilweise in ein H2/CO-haltiges Gemisch umwandelt (mittels partieller Oxidation, Dampfreformierung, autotherme Reformierung bzw. beliebige Kombinationen davon) . Dadurch werden die HC-Emissionen im unterstöchiometrischen Betrieb reduziert und gegebenenfalls die Regeneration eines optiona¬ len NOx-Speicherkatalysators (DeNOx + DeSOx) , der stromab po¬ sitioniert sein kann, erleichtert. Um gezielt und unabhängig von der innermotorischen Verbrennung zusätzlichen Kraftstoff in den Abgasstrang einzubringen (zum Anfetten und/oder zur Exothermieerzeugung) , ist in der Abgasleitung 3 stromauf des Katalysators 4 eine sekundäre Nacheinspritzeinrichtung 10 an¬ geordnet. Die sekundäre Kraftstoffeinspritzung kann entweder zusätzlich zu einer innermotorischen späten Nacheinspritzung oder auch separat dazu aktiviert werden.

Gemäß der Erfindung soll mit Hilfe der Nacheinspritzeinrich¬ tung 10 und/oder einer späten innermotorischen Nacheinsprit¬ zung (NE) der Systemwirkungsgrad der Brennkraftmaschine und gleichzeitig auch die Abgasemissionen im Kaltstart verbessert werden. Hierzu wird beim Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 über die Nacheinspritzeinrichtung 10 bzw. einer innermotorischen spä¬ ten Nacheinspritzung eine zusätzliche Menge Kraftstoff in die Abgasleitung 3 eingespritzt. Diese zusätzliche Menge Kraft- stoff wird zusammen mit den unverbrannten Abgasbestandteilen der Brennkraftmaschine 1 in dem motornahen Katalysator 4 um¬ gesetzt. Infolge der motornahen Anordnung sowie der zusätzli¬ chen Kraftstoffmenge erreicht der Katalysator 4 innerhalb kürzester Zeit seine Betriebstemperatur, so dass bereits un¬ mittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine der Katalysa¬ tor 4 zur Umsetzung der Abgasbestandteile der Brennkraftma¬ schine 1 sowie des unverbrannten Kraftstoffes in der Lage ist. Durch diese Maßnahmen wird bereits im Kaltstart ein er¬ höhter Abgasmassenstrom mit einer relativ hohen Temperatur und damit insgesamt mit einer hohen Abgasenergie erzeugt, mit der der Abgasturbolader 5 beaufschlagt wird, wodurch dieser beschleunigt aus einem unteren Drehzahlbereich auf einen obe¬ ren Drehzahlbereich mit einem höheren Ladedruck hochgefahren wird. Daraus resultiert bereits in der Kaltstartphase ein schnelles Ansprechen der Brennkraftmaschine 1 mit einem hohen Drehmomentaufbau bei niedrigen Drehzahlen. Optional kann der vor dem Abgasturbolader 5 angeordnete Katalysator elektrisch beheizt werden (besseres Kaltstartverhalten) . In gleicher Weise kann bei betriebswarmer Brennkraftmaschine 1 bei einer geforderten positiven Laständerung an der Brenn¬ kraftmaschine 1 durch Einbringen einer zusätzlichen Kraft¬ stoffmenge in den Abgasstrom über die Nachspritzeinrichtung 10 und/oder einer innermotorischen späten Nacheinspritzung das Ansprechen der Brennkraftmaschine 1 im Sinne eines schnellen Drehmomentaufbaues verbessert werden. Auch hier wird - wie beim Kaltstart - durch den Eintrag einer zusätzli¬ chen Kraftstoffmenge in den Abgasstrom stromauf des Katalysa¬ tors 4 der Abgasmassenstrom und durch die nachfolgende Umset¬ zung im Katalysator 4 dessen Abgasenergie stark erhöht, so dass der mit dieser erhöhten Abgasenergie beaufschlagte Ab¬ gasturbolader 5 beschleunigt hochgefahren wird, wodurch der Ladedruck schnell ansteigt mit der Folge eines schnellen An¬ sprechens der Brennkraftmaschine 1. Bei einer negativen Laständerung an der Brennkraftmaschine wird am Abgasturbolader 5 Aufladeenergie erzeugt, die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 nicht unmittelbar genutzt werden kann. Damit diese Aufladeenergie nicht verloren geht, ist gemäß der Erfindung der Abgasturbolader 5 über eine me¬ chanische Antriebsverbindung 11 mit einer elektrischen Star¬ ter-Generator-Einheit 12 verbunden, die aus der überschüssi¬ gen Aufladeenergie des Abgasturboladers 5 elektrische Energie erzeugt, die dann in einer Batterie 12 gespeichert wird. Im Rahmen der Erfindung ist optional vorgesehen, dass nicht nur die bei einer negativen Laständerung freiwerdende Aufla¬ deenergie gespeichert wird, sondern grundsätzlich soll jede am Abgasturbolader 5 anfallende überschüssige Aufladeenergie über die Starter-Generator-Einheit 12 in der Batterie 13 ge¬ speichert werden. Durch die eingebrachte Kraftstoffmenge kann der Betrieb des Abgasturboladers 5 derart beeinflusst werden, dass selbst in der Kaltstartphase, bei einer positiven Last¬ änderung der Brennkraftmaschine oder auch bei konstantem Lastbetrieb überschüssige Aufladeenergie am Abgasturbolader 5 erzeugt und gespeichert werden kann. Die so gespeicherte überschüssige Aufladeenergie kann sowohl für ein beschleunigtes Hochfahren des Abgasturboladers 5 als auch zur Versorgung anderer elektrischer Einrichtungen an der Brennkraftmaschine 1 bzw. an dem von der Brennkraftmaschine 1 angetriebenen Fahrzeug genutzt, wodurch insgesamt der System¬ wirkungsgrad verbessert wird. Insbesondere soll bei einer extremen positiven Laständerung der Brennkraftmaschine 1 aus einem unteren Lastbereich in ei¬ nen oberen Lastbereich, ebenfalls ein extrem schnelles Hoch¬ fahren des Abgasturboladers 5 ermöglicht werden. Um dies zu erreichen, wird der Abgasturbolader 5 nicht nur mit einer er¬ höhten Abgasenergie aus dem Abgasstrom beaufschlagt, sondern zusätzlich noch durch die Starter-Generator-Einheit mecha¬ nisch angetrieben.